四方山水库溢洪道侧槽水面线推求

夏凤兰，李岩鹏，姜 勋

(齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔161006)

1 概述

四方山水库位于嫩江右岸，二级支流大水泉子河上，控制流域面积325 km2。库区位于甘南县长山乡、宏建乡、中兴乡三个乡的交界处，坝址距长山乡政府12 km，距甘南县城36 km，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养鱼等综合利用的中型水库。对促进甘南县经济的发展、保证下游村镇人民生命财产的安全和人民生活水平的提高，有着重要作用。

水库泄水建筑物为侧槽开敞式溢洪道，侧槽为混凝土板护砌，侧槽下接调整段轴线长26，调整段水平，调整段下接陡槽。本次计算，推求出侧槽内水面线，计算出侧槽首、末端的水深及底宽，为下一阶段的结构设计提供依据。

2 基本资料

工程设计标准50 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核，工程为Ⅲ等3级。

溢洪道校核流量Q校=337.65 m3/s，对应上游校核水深H=1.63 m，溢流堰上游边坡1∶3。

3 堰长计算

计算采用《溢洪道设计规范》中的公式A.2.3:

式中:Q为流量，m3/s;B为总净宽，m;H0为堰上总水头，m;m为流量系数;ε为侧收缩系数，0.93。计算简图见图1。

图1 宽顶堰计算简图

四方山水库溢洪道校核流量Q校=337.65 m3/s，上游水深H=1.63 m，溢流堰上游边坡采用1∶3，查《溢洪道设计规范》表A.2.3－1底坎为直角形和斜面形的宽顶堰流量系数m值表得，流量系数m为0.377。

经计算，校核情况下，堰长B为105 m。

4 水面线计算

4.1 侧槽是否满足缓坡条件

溢流堰长度105 m，侧槽首端底宽10 m，末端底宽20 m，侧槽边坡分别为m1=0.5，m2=0.75。

首先计算临界水深发生在侧槽末端时的临界坡降，据此判定侧槽是否满足缓坡要求。计算公式为:

经计算，临界水深发生在侧槽末端时，校核情况下的临界水深为3.005 m，设计情况下的临界水深为1.904 m。校核情况下的临界线比降为0.00161，设计情况下的临界比降为0.00176。设计采用侧槽比降i为0.0015。侧槽为缓坡，满足规范要求。侧槽末端设调整段长度为26 m。

4.2 侧槽水面线推求

4.2.1 控制断面的确定

因侧槽末端设有26 m长的调整段，后接陡槽，陡槽首端要求临界水深4.41 m，即控制断面位置。

经计算，侧槽首端底宽10 m，末端底宽20 m，满足规范要求(侧槽首、末端底宽比在0.5～1.0)。

已知校核流量Q校为337.65 m3/s，计算临界水深 hk为4.41 m(调整段末端)，利用能量守恒原理，推得调整段首端即侧槽末端水深he为5.936 m。

4.2.2 侧槽水面线计算

计算公式为:

式中:Δx为计算段长度，即相邻两个计算断面之间的距离，m;Δy为Δx内水面差，m;Q1、Q2分别为相邻两个计算断面的流量，m3/s;;q为侧槽溢流堰单宽流量，m3/(s·m);V1、V2为相邻两个计算断面的水流平均流速，m/s;为分段区内平均摩阻坡降;n为侧槽槽身糙率系数，0.014; 为分段平均流= /2=速，( v1+v2)，m/s; 为分段平均水力半径，( R1+R2)/2，m。

4.2.3 计算简图

计算简图见图2。

图2 侧槽示意图

4.2.4 计算步骤

1)将侧槽分成11个计算段，从上游至下游12个断面为:0+000、0+005、0+015、0+025、0+035、0+045、0+055、0+065、0+075、0+085、0+095、0+105。

2)从侧槽末端断面(0+105)开始，逐段向上游推算，推算过程见表1。

表1 四方山水库溢洪道侧槽水面线推求表

经过计算，侧槽首端底宽10m，末端底宽20m，满足规范要求(侧槽首、末端底宽比在0.5～1.0)。

侧槽末端槽底高程174.41，即调整段底高程174.41，调整段末端设升坎，高度0.8m。泄槽首端断面临界水深为4.41m，规范要求调整段末端升坎高度应在0.1～0.2倍泄槽首端临界水深，即0.44～0.88m，所以坎高0.8m满足要求。

经计算，侧槽首端水深6.45m末端水深5.94m，首端水位181.02m，超出堰顶高程0.82m，校核情况下堰上水头1.63m，基本满足规范要求(侧槽首端断面水深超过堰顶的高度，应小于堰上水头的一半)。

［1］水利部天津水利水电勘测设计研究院.SL253－2000溢洪道设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2000.

［2］齐齐哈尔市水利勘测设计研究院.黑龙江省甘南县四方山水库消险加固工程初步设计报告［R］.齐齐哈尔:齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，2002.